VARIACIONES EN EL CAMPO DE ESFUERZOS Y MIGRACIÓN DE FLUIDOS EN CAMPOS GEOTERMALES: EJEMPLOS EN LOS ANDES CENTRALES ENTRE LOS 22° Y 36°S

GIAMBIAGI, L., ALVAREZ, P. Y SPAGNOTTO, S

Simposio; Primer Simposio de Fluidos y Deformación; 2016

Los procesos de fracturamiento y fallamiento juegan un rol fundamental en el trasporte y la migración de fluidos, controlando la distribución de magmas, acuíferos, yacimientos hidrocarburíferos y fluidos hidrotermales. De la misma manera, la presencia de fluidos tiene influencia sobre la deformación y la ruptura de las rocas a partir de su control sobre la presión de fluido y las propiedades geoquímicas dentro de las fallas y fracturas. Sin embargo, no todas las fallas y fracturas contribuyen a la migración de fluidos. La orientación y distribución de dichas estructuras con respecto al campo de esfuerzo imperante son factores cruciales sobre la migración de fluidos a través de ellas y gobiernan la conductividad hidráulica de las mismas. Los esfuerzos normales (σn) a las fallas y fracturas tienden a reducir su apertura, y por consiguiente a inhibir el flujo de fluidos; mientras que los esfuerzos tangenciales (τ) a las mismas tienen a mantenerlas abiertas y a favorecer dicha migración. El cizallamiento, promovido por un esfuerzo diferencial (σ1-σ3) alto, alta presión de fluidos, o un bajo valor de esfuerzo normal a la estructura, focaliza la migración de fluidos (Barton et al., 1995) ya que el mismo constituye el mejor mecanismo para producir dilatación en la falla (Aydin 2000). Las fallas o fracturas críticamente activas bajo un campo de esfuerzo determinado son aquellas orientadas óptimamente de manera tal que la relación de esfuerzo de cizalla a esfuerzo normal (τ /σn) se encuentre próxima al valor crítico (gobernado por el coeficiente de fricción del plano de falla) por encima del cual se produce la ruptura (Byerlee 1978; Jaeger y Cook 1979). Por esta razón, las fallas activas durante el campo de esfuerzo imperante pueden tener un importante efecto sobre la migración de fluidos (Barton et al. 1995).  El campo de esfuerzos en los Andes Centrales está gobernado por un campo de esfuerzos regional y otro local. El campo regional es producto de las fuerzas geodinámicas generadas a partir de la interacción de placas y del flujo mantélico. El campo local es producto principalmente de fuerzas gravitatorias, y a escala más local del flujo de magma y variaciones topográficas. Otras perturbaciones en el campo de esfuerzo local están dadas por variaciones en los esfuerzos de Coulomb como consecuencia de los sismos de interplaca en la zona de subducción, y en las fallas corticales cercanas.   Los objetivos de la investigación que estamos llevando a cabo son (i) determinar cuáles son las áreas con mayor potencial como vías de migración de fluidos y generación de reservorios, y (ii) determinar la relación entre las variaciones en el campo de esfuerzos y la migración de fluidos durante la evolución de un orógeno de subducción (106-107 años) y durante el ciclo sísmico de la megafalla de subducción (102 años). Para ello se identifican los dominios estructurales favorables para los canales de migración de fluidos hidrotermales en seleccionados campos geotermales ubicados en el arco volcánico actual, abarcando los segmentos 22-27°S en la Cordillera Occidental, 28-30°S en la región de subducción plana, y 35-36°S en la Cordillera Principal en la región de subducción normal. En estos segmentos se realizaron estudios cinemáticos y geomecánicos de distintos campos geotermales para estudiar los patrones de anisotropía en la permeabilidad a partir del análisis de fallas óptimamente orientadas para reactivarse bajo el campo de esfuerzos imperante. Durante el trabajo de campo se caracterizan a las estructuras principales, secundarias y a las fracturas a escala de afloramiento. El modelado cinemático consiste en mapear las estructuras, identificar su desplazamiento y acotar la edad de movimiento, y confeccionar modelos cinemáticos 3D de cada uno de los campos geotermales donde se integra el mapeo estructural de superficie con la información de subsuelo: gravimetría, magnetometría, MT y pozos. La metodología utilizada para obtener el modelo geomecánico es la siguiente: (1) determinar el campo de esfuerzos y de paleoesfuerzos al momento de generarse/reactivarse las principales estructuras a partir de mecanismos focales de sismos y de la inversión de datos de deslizamiento de fallas de meso-escala; (2) realizar una evaluación de la tendencia al deslizamiento y a la dilatación de las fallas previamente analizadas para el modelo cinemático 3D; (3) estudiar las variaciones de esfuerzos de Coulomb en las fallas principales del campo geotermal durante el ciclo sísmico de la megafalla de subducción; y (4) confeccionar de un modelo predictivo de comportamiento estructural. La tendencia a la dilatación (dilation tendency) de una falla indica la predisposición de un plano a dilatarse a partir de fracturación tensional. La tendencia al deslizamiento (slip tendency) se obtiene a partir de la razón entre el esfuerzo de cizalla y el esfuerzo normal sobre un plano particular e indica la tendencia de un plano a deslizarse bajo el campo de esfuerzos imperante.